Experimental study on the plastic rotation capacity of reinforced high strength concrete beams

Abstract

This paper describes an experimental study on the plastic rotation capacity of reinforced high strength concrete beams. Thirty-six beams with various compressive strengths of concrete, tensile reinforcement ratios, compressive reinforcement ratios, and patterns of loading (1 point loading and 2-point loading) were tested to evaluate the plastic rotation capacity, extreme fiber concrete compressive strain and equivalent plastic hinge length, etc. The same quantities were also obtained from numerical analysis and compared with experimental data. According to the results, the yield curvatures obtained from experiments turned out to be quite close to those obtained from theoretical approach. However, the experimental results for ultimate curvatures were significantly larger than those of theoretical prediction based on the assumption of ε_cu=0.003. Based on these observations, a new formula for ultimate strain is proposed for high strength concrete beams. Also the test results for plastic rotation capacity were found to be closer to those obtained using moment-curvature relationship considering tension stiffening of concrete and shear effect than those obtained using equivalent plastic hinge length. This substantiates that for accurate evaluation of plastic rotation capacity the consideration of tension stiffening of concrete and shear effect is most important.

Résumé

Cette étude expérimentale traite de la capacité de rotation plastique des poutres en béton armé de grande puissance, à partir de 36 poutres avec différentes puissances de compression des bétons, les ratios du renforcement de tension, les ratios du renforcement de compression et les modèles du chargement (chargement de d'un point et chargement de deux points). Ces poutres ont été testées afin d'évaluer la capacité de la rotation plastique, la tension de compression des bétons de fibre intense, la longueur du pivot plastique équivalent, etc. Les mêmes quantités ont été obtenues aussi à partir de l'analyse numérique et ont été comparées avec les données expérimentales. Selon les résultats la déviation du rendement est bien proche de celle des résultats obtenus de l'approche théorique. Néanmoins, les résultats expérimentaux sur la déviation ultime ont été de façon significative plus larges que ceux de la prédiction théorique basée sur la formule ε_cu=0.003. Ces observations permettent ainsi de proposer une nouvelle formule sur la tension des poutres en béton armé de grande puissance. Aussi, les résultats de l'expérience sur la capacité de rotation plastique se trouvent être plus proches de ceux qui ont été obtenus en utilisant le rapport moment-déviation qui tient compte de la consistance de la tension du béton et de l'effet de cisaillement que ceux qui ont été obtenus en utilisant la longueur du pivot plastique équivalent. Cela prouve que pour évaluer la capacité de la rotation plastique de façon exacte, la prise en considération de la consistance de la tension du béton et de l'effet de cisaillement est primordiale.